调频发射机N+2自动化监控系统建设

青 春 赵瑞卿

1.2.内蒙古自治区广播电视传输发射中心841台 内蒙古 呼和浩特市 010010

引言

广播电视发射台站的主要任务是承担广播电视信号的发射，把党和国家的声音传递至千家万户，丰富广大人民群众的精神文化生活，第一时间传递国内外新闻资讯热点。

内蒙古自治区广播电视传输发射中心841 台，主要承担中央、自治区调频广播节目的发射任务，其中主机12 部，公共备机2 部。为保障广播电视信号安全优质播出，需要建设具有友好的人机交互接口，能适应发射台特殊业务的复杂电磁环境，不间断、稳定、高效率运行的自动化监控系统。

1 项目需求分析

针对841 台实际情况，12 部主机、2 部公共备机，均为RVR同一厂家，但不同时期采购安装，时间跨度大，发射机额定功率、开关机方式、遥测量采集方式均有所不同，设计发射机数据采集控制器（以下简称采集器）进行数据整合、接口统一。

发射机数据采集应实时、精准、不间断，进而可以快速、精准的进行异态报警、自动倒备机等动作。

由于2 部公共备机均拥有独立天线，故不需要增加同轴开关进行射频信号切换；当主机异态故障时，自动化监控系统应快速多渠道报警（声光报警、短信报警）、自动倒备机，倒空闲备机流程应包括：公共备机加电、切换备机信号源、公共备机改频、公共备机发射，进而公共备机实现代播功能。

台站技术人员应及时对故障主机进行故障定位、维修，维修完毕确认后，尽快恢复主机工作，使公共备机空闲，以防有其余的主机异态故障时，需要使用公共备机代播。

N 部主机中，第1 个故障的主机由1 号公共备机代播，第2个故障的主机由2 号公共备机代播，第3-N 个故障的主机则不再触发代播动作，需要等待公共备机空闲后再次触发倒机动作。

每部发射机的供电由低压配电柜的抽屉开关控制，可通过抽屉开关面板的机械按钮控制供电通断。同时，自动化监控系统亦可控制抽屉开关，使空闲的发射机自动断电，延长其使用寿命；开机时，自动供电，减少人工操作步骤，真正实现自动化、智能化。

2 设计方案

2.1 总体设计方案

该方案硬件设备主要包括：采集控制器、核心数据服务器、倒备控制器、多路音频切换器、交换机，方案整体结构如图1 所示。

图1 方案整体框图

核心数据服务器运行B/S（Browser/Server，浏览器/服务器模式）架构服务端软件，负责数据处理存储、逻辑处理、报警；灵活增减部署的客户端访问数据服务器，可实时展示数据动态，拥有更人性化的人机交互界面。这样，系统软件升级维护可通过远程连接数据服务器进行，而不需要对客户端操作，因为客户端仅需要运行一个浏览器即可。

2.2 硬件设备设计

2.2.1 发射机数据采集控制

新增发射机采集控制器实时采集发射机主要参数及工作状态；可控制发射机开机、关机等操作。

设计发射机采集控制器可兼容多种发射机接口，具有串口（RS232、RS485 电平）、网口（SNMP、 HTTP、 TCP/IP、 UDP等协议）、开关量输出、开关量输入、模拟量输入等接口。

每一台采集器连接一部发射机，本设计方案配置N+2 台采集器，采用分布式的控制结构，降低某一个环节故障而导致整个系统崩溃的风险。使用嵌入式处理器，工业级嵌入式实时操作系统，可支持多个任务调度，控制、协调并发活动。

（1）数据采集

针对不同型号的发射机，发射机对外接口有所不同，例如：

基本参数和报警状态可通过HC5 功率合成遥测连接器（DB25）进行远程测量，其中遥测连接器（DB25）引脚定义如表1 所示。

表1 HC5 功率合成遥测连接器（DB25）引脚定义

如表2、3 所示，给出了PJ10KPS-C 并口每个接线端子的功能。第一栏为标号，第三栏为信号名称，第四栏是功能。

表2 PJ10KPS-C 并口JP4 引脚定义

表3 PJ10KPS-C 并口JP48 引脚定义

对于新型号的发射机，一般都带有串口、网口等通信接口，可通过通信接口进行数据采集、指令控制等操作，极大地减少连线工作量，更加高效、丰富、准确地采集所有数据。

（2）开关机控制

对于有遥控接口的发射机，采集器可通过开关量输出的通断信号控制发射机开机、关机工作，控制原理如图2 所示。

图2 开关机控制光电隔离原理示意图

对于带有串口、网口等通信接口的新型号发射机，可通过通信接口进行指令控制操作，更加高效、准确的采集所有数据。

（3）改频

对于公共备机，采集控制器可通过RS232 串口与公共备机的激励器进行数据交互，可实时采集激励器工况，亦可在需要改频时，采集器发送改频命令给激励器，即可完成改频工作。

2.2.2 发射机供电控制

对于每一部发射机，由抽屉开关控制其供电通断，我们设计搭建以下自锁电路，控制抽屉开关，进而实现控制每一部发射机的供电通断，自锁电路原理如图3 所示。

图3 自锁电路

2.3 系统软件设计

2.3.1 发射机数据采集控制软件

本部分基于工业级嵌入式实时操作系统，采用多线程技术，可采集数据、处理数据、上报数据的同时，全双工的接收上级操控指令，全部采用非阻塞式编程思想，操控对应设备，保证稳定、可靠、低延时的运行，如图4 所示。

图4 开机、关机流程

2.3.2 倒备控制软件

由于本系统有2 个公共备机，故最多可实现2 个频点的代播功能，如图5 所示。

图5 倒备判断、公共备机代播开关机流程

3 实施建设

3.1 硬件设备安装接线

本部分为整个系统的基础，要保证采集数据的准确、稳定，后续的报警、倒机动作才会准确可靠，否则会出现异态不报警、不倒机，或常态报警、倒机，失去本系统的建设意义。

每部发射机配套的采集控制器安装在发射机机柜内，占用1U 空间，缩短之间的连接线，有利于抗干扰，保证在发射台复杂的电磁环境中稳定可靠运行。其余设备安装在自动化监控系统机柜中，包括核心交换机、倒备控制器、信源切换器、GPS/北斗同步授时器等设备，全方位保障安全播出硬件设备安装、配置、调试后，效果如图6 所示。

图6 自动化监控系统机柜

3.2 系统软件部署调试

（1）保证采集发射机数据精准，精度5%以内。

（2） 在核心服务器安装Windows Server 2008R2 操作系统，并安装SQL Server 数据库等软件，部署后台服务程序、注册客户端，即可使用浏览器登录自动化监控系统。（3）核查所有采集到的数据与实际一致。

3.3 联调测试

（1）测试主机故障，可报警，可自动开启公共备机1 代播，代播信源、频率均与故障主机保持对应一致。

（2）在1 台公共备机代播的状态下，再有第2 台主机故障，可报警，可自动开启公共备机2 代播，代播信源、频率均与第2 台故障主机保持对应一致。

（3）在2 台公共备机均代播的状态下，再有第3 台主机故障，可报警，2 部公共备机状态维持不变。

（4）在故障主机维修完成后，可遥控恢复主机播出，关闭代播的公共备机。

结束语

本系统简单、高效地实现了调频12+2 自动倒备监控功能。

采用嵌入式分布式方案，可对12+2 系统灵活增加、删除、改动其中任何部分，比如增加1 个频率变成13+2 系统，再比如删除1 个频率，变成11+2系统，等等。采用嵌入式分布式方案，可在异常极端情况下（例如供电中断后恢复），快速恢复开机。亦可全天候、低功耗稳定运行，无死机、中毒等风险。可脱离计算机自行监控。